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本发明公开了一种木质素基改性包膜材料及其制备方法和应用，其包膜材料全部由木质素基材料制备，将其应用于缓释肥的包膜，所得包膜缓释肥包膜率5‑40％，养分的释放期可达45天以上，其包膜材料是由木质素基材料依次经交联改性、疏水酯化改性获得。应用方法为利用木质素基改性包膜材料的热塑性，在转包衣机中，将包膜材料均匀、光滑的包被在肥芯表面，获得包膜缓释肥。通过调整包膜率以及与亲水性木质素基材料的混合比例以调整包膜尿素的缓释时间。本发明木质素原料来源广泛，价格低廉，且其降解产物为腐殖质，能够长时间改善土壤理化性质，延长尿素的释放时间，缓解肥料过量释放带来的生态环境问题，并将有利于实现土壤可持续利用的农业生产目标。